Молекулярный мотор работает, обнаруживая минимальные изменения силы

Исследователи из Медицинской школы Пенсильванского университета обнаружили, что активность специфического семейства нанометровых молекулярных моторов, называемых миозином-I, регулируется силой. Этот мотор создает натяжение на клеточных «пружинах», которые позволяют обнаруживать вибрации в организме. Эта тонкая регуляция важна для понимания множества базовых клеточных процессов, включая слух, равновесие и поглощение глюкозы в ответ на инсулин. Результаты опубликованы в последнем выпуске журнала Science.

«Это первая демонстрация того, что миозин-I проявляет такую драматическую чувствительность к натяжению», — говорит старший автор работы Э. Майкл Остап, доктор философии. «Удивительно, что молекулярный мотор может чувствовать такие малые изменения силы».

Миозин-I — это биологический мотор, который использует химическую энергию клеток для перемещения белков внутри клеток и генерации силы, приводя в движение молекулярные «грузы» почти во всех клетках.

В двух конкретных случаях миозин-I создает натяжение в специализированных пружиноподобных структурах в человеческом ухе, которые обеспечивают слух и поддержание равновесия, а также участвует в доставке белков, которые закачивают глюкозу в клетки в ответ на инсулин. «Однако, зачем для этой функции нужен чувствительный к натяжению молекулярный мотор, неизвестно», — отмечает Остап.

В сотрудничестве с Генри Шуманом, доктором философии, исследовательская группа использовала оптические пинцеты — комбинацию сфокусированного лазерного луча и микроскопа — для измерения невероятно малых сил и движений (на уровне пиконьютонов и нанометров). Они обнаружили, что моторы миозина-I регулируются силой. Моторы тянут свои клеточные грузы до достижения определенного натяжения, после чего останавливаются, но продолжают удерживать это натяжение. Если в клетке что-то уменьшает это натяжение, мотор возобновляет активность и восстанавливает потерянное натяжение.

Миозины используют энергию АТФ для генерации силы и движения. У человека 40 генов миозина, которые делятся на 12 семейств. Представители семейства миозинов найдены в каждом типе клеток, который исследовали ученые. Лаборатория Остапа изучает биохимические свойства нескольких представителей семейства миозинов, чтобы лучше понять движение в клетках, что важно для развития, заживления ран, иммунного ответа и распространения рака, среди других функций. Эти новые результаты проливают свет на роль миозина-I в клетках, поддерживая идею, что этот молекулярный мотор важнее для генерации и поддержания натяжения, чем для транспортировки белкового груза.

Исследовательская группа теперь применит эти результаты, чтобы лучше понять, как клетки используют эти датчики натяжения для выполнения своих физиологических функций.